JP2006102491A - Method and system for multi-energy tomosynthesis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般に、非侵襲的イメージングの領域に関し、より具体的には多重エネルギトモシンセシスイメージングの使用に関する。 The present invention relates generally to the field of non-invasive imaging, and more specifically to the use of multiple energy tomosynthesis imaging.
現代の医療施設において、イメージングシステムは、疾患又は他の病状の識別及び診断などにおいて患者の治療に用いることができる。例えば、放射線システム、コンピュータ断層撮影(CT)システム、二重エネルギ・システム、及びトモシンセシスなどのX線ベースのシステムは、患者を透過するX線の減弱に基づき患者の内部画像又はビューを生成し、すなわち異なる組織がX線を異なるように吸収又は反射する。逆に、超音波、磁気共鳴イメージング(MRI)、及び陽電子放射断層撮影(PET)などの他のイメージング診断装置は、他の物理的現象に基づき、患者の内部画像又はビューを非侵襲的方法で生成することができる。 In modern medical facilities, imaging systems can be used to treat patients, such as in the identification and diagnosis of diseases or other medical conditions. For example, X-ray based systems such as radiation systems, computed tomography (CT) systems, dual energy systems, and tomosynthesis generate internal images or views of patients based on the attenuation of X-rays transmitted through the patient, That is, different tissues absorb or reflect X-rays differently. Conversely, other imaging diagnostic devices, such as ultrasound, magnetic resonance imaging (MRI), and positron emission tomography (PET), based on other physical phenomena, can be used to non-invasively view an internal image or view of a patient. Can be generated.
上述のように、トモシンセシスは、患者の内部ビューを生成するX線ベースの技法の1つの実施例である。トモシンセシスシステムにおいて、X線は患者に対して異なる位置で照射され、その結果、3次元すなわち奥行き情報が収集画像において利用可能となる。このようにして、患者の内部領域の3次元画像を得ることができる。しかしながら、トモシンセシス法は患者の内部領域の3次元画像の再構成に効果的であるが、骨格及び軟組織(又は他の組織タイプ)が画像内に同時に存在することで、診断上関心のある領域が不透明な組織によりマスクされ又は隠される場合には、その有用性が制限されることがある。 As mentioned above, tomosynthesis is one example of an X-ray based technique for generating an internal view of a patient. In the tomosynthesis system, X-rays are irradiated at different locations on the patient, so that three-dimensional or depth information is available in the collected image. In this way, a three-dimensional image of the internal region of the patient can be obtained. However, although tomosynthesis is effective in reconstructing a three-dimensional image of a patient's internal region, the presence of a skeletal and soft tissue (or other tissue type) in the image at the same time makes the region of diagnostic interest If masked or hidden by opaque tissue, its usefulness may be limited.
X線ベースのイメージングのマスクされた組織の視認性を改善するのに用いられる1つの技法は、異なるエネルギ・スペクトル又はプロファイルを有するX線照射を使用するものである。例えば、X線画像は、2つの異なるX線エネルギプロファイル(すなわち二重エネルギ)を用いて患者又は患者の一部分から収集することができ、これにより画像データの異なるセットが各エネルギプロファイルに対して収集される。画像データの異なるセットを用いて処理されるときに、撮像ボリュームの密度又は減弱特性を特徴付ける異なる画像を構成することができる。収集された画像データを分解することにより、画像を生成することができ、これにより、医療関係における骨格又は軟組織などの撮像ボリュームの合成が区別して反映される。
しかしながら、かかる二重又は多重エネルギ法を使用するトモシンセシス・イメージングは、その有用性を低下させる欠陥をやはり有することがある。例えば、二重エネルギX線イメージングを用いて収集されたトモシンセシス画像は、検査する放射線専門医に状況を提供するのに有用な骨格組織などの解剖学的組織が除去される場合があるので、判読が困難である可能性がある。或いは、呼吸又は心運動など患者の運動により画質が低減される場合があり、これは画像内に運動に関連するアーチファクトを導入する可能性がある。本技法は、これらの問題並びに他の問題に対処することができる。 However, tomosynthesis imaging using such dual or multiple energy methods may still have defects that reduce its usefulness. For example, tomosynthesis images collected using dual-energy x-ray imaging may be readable because anatomical tissue such as skeletal tissue that is useful for providing status to the examining radiologist may be removed. It can be difficult. Alternatively, patient motion, such as breathing or cardiac motion, can reduce image quality, which can introduce motion-related artifacts in the image. The technique can address these issues as well as other issues.
簡潔に、1つの実施形態によれば、本技法は多重エネルギトモシンセシス・イメージングシステムを提供する。本システムは、イメージング・ボリュームに対して制限角度範囲内の複数の位置からX線を照射するように構成されたX線源を含む。イメージングシステムはまた、照射されたX線に応答して画像を生成するための検出器素子のアレイを具備するデジタル検出器を含む。イメージングシステムは更に、デジタル検出器から画像を収集するための検出器収集回路を含む。イメージングシステムはまた、エネルギ特性に基づいて複数の画像を分解し、且つ複数の画像を再構成して3次元多重エネルギトモシンセシス画像を生成するように構成された処理回路を含むことができる。 Briefly, according to one embodiment, the technique provides a multi-energy tomosynthesis imaging system. The system includes an x-ray source configured to irradiate x-rays from a plurality of positions within a limited angle range relative to the imaging volume. The imaging system also includes a digital detector comprising an array of detector elements for generating an image in response to the irradiated x-rays. The imaging system further includes a detector acquisition circuit for acquiring an image from the digital detector. The imaging system can also include processing circuitry configured to decompose the plurality of images based on the energy characteristics and reconstruct the plurality of images to generate a three-dimensional multi-energy tomosynthesis image.
別の態様によれば、本技法は、多重エネルギトモシンセシス画像を収集する方法を提供する。本方法は、制限角度範囲にわたって多重エネルギ投影画像を収集する段階と、多重エネルギ投影画像を分解して分解投影画像を生成する段階とを含む。本方法は更に、分解された投影画像を再構成して1つ又はそれ以上の3次元合成画像を生成する段階、又は複数の多重エネルギ投影画像を再構成して1つ又はそれ以上の3次元エネルギ画像を生成する段階を含む。方法はまた、1つ又はそれ以上の3次元合成画像又は3次元エネルギ画像のうちの少なくとも1つを表示する段階を含む。 According to another aspect, the present technique provides a method for acquiring multi-energy tomosynthesis images. The method includes collecting a multi-energy projection image over a limited angular range and decomposing the multi-energy projection image to generate a decomposed projection image. The method further comprises reconstructing the decomposed projection image to generate one or more three-dimensional composite images, or reconstructing multiple multi-energy projection images to produce one or more three-dimensional images. Generating an energy image. The method also includes displaying at least one of one or more three-dimensional composite images or three-dimensional energy images.
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、同じ参照符合が図面全体を通じて同じ要素を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。 These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings in which like reference characters represent like elements throughout.
本技法は、一般に、医療及び非医療用途のための有用な画像を生成するトモシンセシス・イメージング法に関する。当業者には理解されるように、本技法は、様々な医療用、並びに旅行者及び/又は手荷物検査などの非医療用途で適用し、有用な3次元データ及びコンテキストを提供することができる。しかしながら、本技法の説明を容易にするために、本明細書では全体的に医療用の実施について検討するが、非医療用の実施もまた本発明の技法の範囲内であることを理解すべきである。 This technique relates generally to tomosynthesis imaging methods that produce useful images for medical and non-medical applications. As will be appreciated by those skilled in the art, the techniques can be applied in a variety of medical and non-medical applications such as traveler and / or baggage inspection to provide useful three-dimensional data and context. However, in order to facilitate the description of the technique, the present specification will generally consider medical practice, but it should be understood that non-medical practice is also within the scope of the technique of the invention. It is.
トモシンセシス・イメージングは、患者に対してほぼ180度よりも小さい制限角度範囲にわたって収集される、限定された数の投影画像を使用する。投影画像は、結合されて再構成され、患者の全て又は一部の3次元画像を生成する。例えば、投影画像は、検出器に平行な平面内で、或いは検出器及び/又は患者に対して円弧状で移動するX線源を用いて生成することができる。投影が収集される異なるビュー又は位置は、結合され再構成されると所望の3次元情報をもたらす。 Tomosynthesis imaging uses a limited number of projection images collected over a limited angular range that is less than approximately 180 degrees for the patient. The projection images are combined and reconstructed to produce a three-dimensional image of all or part of the patient. For example, the projection image can be generated using an x-ray source that moves in a plane parallel to the detector or in an arc with respect to the detector and / or patient. The different views or positions from which the projections are collected give the desired three-dimensional information when combined and reconstructed.
次に図面に関して、最初に図1を参照すると、本技法により用いられる多重エネルギ・トモシンセシスシステム10の例示的な実施形態が図示されている。図示のように、トモシンセシスシステム10は、位置決め装置、すなわちX線源14を支持する支持体12を含む。支持体12は、線源14とイメージング・ボリュームとの間に要望どおりに位置決めすることができる1つ又はそれ以上のX線フィルタ16を含むことができる。フラット・パネル検出器などのデジタル検出器18は、一般的にX線源14からイメージング・ボリュームにわたり位置付けられ、固定とすることができ、或いはX線源14及び/又は支持体12と連携して、又はこれらから独立して移動することができる。散乱線除去グリッド20もまた、デジタル検出器18とイメージング・ボリュームとの間に存在することができる。存在する場合には、散乱線除去グリッド20は通常、デジタル検出器18への散乱X線の入射を低減するため、デジタル検出器18に近接して取り付けられる。1つの実施形態において、散乱線除去グリッドは操向可能とすることができる。別の実施形態において、散乱線除去グリッドは存在することができないが、代わりにアルゴリズム散乱補正を実行して定量的投影画像を取得することができる。
Referring now to the drawings and referring first to FIG. 1, an exemplary embodiment of a
X線源14は、制限角度範囲内で複数の位置から患者22内の関心領域を囲むイメージング・ボリューム内に位置付けられた患者22の全て又は一部に向かってX線を照射するように構成されている。X線源14は、1次元、2次元、又は3次元で異なる位置に手動又は自動的手段のいずれかにより移動することができ、これによりX線源14は、患者22及び/又はデジタル検出器18に対する位置を変更することができる。通常、角度範囲は、X線源14の両端位置間の80度前後とすることができるが、これに限定されない。一般的に、角度範囲は通常、X線源14の両端位置間の180度よりも小さい。
The
通常X線源は、所望の対象物又は患者22をイメージングするのに有用な1つ又はそれ以上のスペクトルでX線を照射するように構成されている。例えば医療関係において、X線源は、患者イメージングに用いることができるX線放射線の広域スペクトルを照射することができ、或いはX線の所望の伝達特性に基づく患者イメージングに各々有用な1つ又はそれ以上の狭域スペクトルでX線を照射することができる。X線は、1つ又はそれ以上の位置でX線源14から、又はX線放射線の1つ又はそれ以上の発生器により照射することができる。例えば、X線源14は、イメージング中にX線源14の角度範囲内で幾つかの位置に移動するように構成されるX線管とすることができる。或いは、X線源14は、所望の照射位置に幾つかの固定X線管(すなわち所望の各照射位置に位置付けられたX線管)を含み、又は角度範囲内の所望の照射位置に配置又は移動することが可能な固定及び可動X線管の組み合わせを含むことができる。
Typically, the x-ray source is configured to emit x-rays at one or more spectra useful for imaging a desired object or
X線管は、X線源14によるX線発生の1つの可能性であるが、他の実施形態においては、X線源14は、他のX線発生及び照射法を利用してもよい。例えば、X線源14は、上述の実施におけるX線管の代わりに固体X線エミッタ、すなわち1つ又はそれ以上の可動又は固定の固体エミッタを使用することができる。しかしながら、X線管及び固体X線エミッタは、利用可能なX線発生及び照射法の2つの例であるが、医療用(又は工業用)に有用なスペクトルを有するX線を発生することが可能な他のX線発生法又は装置も同様に、本技法と連動して使用することもできる。
While an x-ray tube is one possibility for x-ray generation by the
上述のようにX線源14は、患者22を透過してデジタル検出器18に向かってX線放射線24を照射する。デジタル検出器18は通常、X線照射線24に応答してデジタル信号を生成するように構成された検出器素子のアレイを含む。本技法の1つの実施形態において、デジタル検出器18は、ピクセルに衝突する種々のフォトンのエネルギを識別せず、すなわち各ピクセルは多様なX線スペクトルの電荷情報を蓄積して表す。かかる実施形態において、X線フィルタ16を用いて、X線照射を交互にするなどのため、異なる時間に送信されたスペクトルを制限又は変更することによりX線エネルギの区別を可能にすることができる。X線フィルタ16は、銅、アルミニウム、鉄、モリブデン、スズ、バリウム、ガドリニウム、タングステン、鉛又は他の好適な材料で製造することができる。或いは、本技法の別の実施形態において、X線源14は、2つ又はそれ以上のスペクトルでX線を照射するように構成可能とすることができ、これによりオフセットスペクトル又はエネルギプロファイルを有するX線は、フィルタ16を使用せずに異なる時間に送信することができるようになる。
As described above, the
代替として、更に別の実施形態において、X線源14はフィルタ処理されず、或いは2つ又はそれ以上のスペクトルで照射するように構成されていないが、デジタル検出器18は、エネルギ識別検出器とすることができ、単独で異なるエネルギプロファイル又はレベルを有するX線放射線24を識別することが可能である。例えば、1つの実施形態においてエネルギ識別検出器は、1回の照射でX線源の特定位置の高エネルギ及び低エネルギ両方の画像を取り込むように用いられる。同様に、別の実施形態において、デジタル検出器18は、シンチレータ及びフォトダイオードのスタックアレイを含むことができ、この各スタックは、異なるスペクトル又はエネルギプロファイルを有するX線を検出するように構成されている。この実施形態において、デジタル検出器18を用いて、高エネルギ及び低エネルギ画像を同時に取り込むことができる。
Alternatively, in yet another embodiment, the
X線源14の動作は、システムコントローラ26で制御することができる。例えば、システムコントローラ26は、X線コントローラ30によりコリメーション及びタイミングを含むX線源14の起動及び動作を制御する。更に、X線源が1つより多いエネルギプロファイルでX線を照射するように構成されている実施形態において、システムコントローラ26は、エネルギプロファイル切替回路28によりX線照射のエネルギプロファイルを制御又は選択するように構成することができる。
The operation of the
X線源14及び/又はデジタル検出器18の移動はまた、互いに独立して又は同調して移動するようモータコントローラ32などのシステムコントローラ26が制御することができる。例えば、1つの実施形態において、モータコントローラ32は、C型アームなどの位置決め装置12の動作を制御することができ、該位置決め装置にX線源14及び/又はデジタル検出器18が物理的に取り付けられる。一般に、位置決め装置12は、予め定められた、又はオペレータが選択したイメージング軌道に従って、X線源14及び/又はデジタル検出器18の物理的移動を可能にする。従って、位置決め装置12により、システムコントローラ26は様々な角度で患者を透過する放射線投射の収集を容易にすることができる。或いは、X線源14及びデジタル検出器18が固定されている実施形態においては、X線源14が、検出器18に対して種々の角度で固定された複数のX線管又は固体エミッタを含む場合、位置決め装置12は存在しない。別の混成型構成も同様に可能であり、例えば1つの実施形態において、集合として(すなわち個々にではなく)移動する複数のX線源14を使用することができる。加えて、幾つかの実施形態において、患者又は撮像対象物は、1つ又は複数のX線源及び/又は検出器と相対的に移動して、制限角度範囲にわたって異なるビューで投影角度を生成することができる。
The movement of the
システムコントローラ26はまた、検出器収集回路34などを通じて、デジタル検出器18の動作及び読み出しを制御することができる。1つの実施形態において、デジタル検出器18は、X線照射に応答して収集されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、同信号を検出器収集回路34に提供して更に処理を行う。処理回路36は通常、検出器収集回路34によりデジタル検出器18から読み出されたデータを処理し再構成するために存在する。詳細には、投影データ又は投影画像は通常、X線源14により照射されたX線に応答して検出器収集回路34により生成される。X線が異なる時間で異なるスペクトル又はエネルギプロファイルを有するように生成又はフィルタ処理される実施形態において、投影画像は、定められた位置全てにおいて特定のエネルギプロファイルで収集することができ、処理は、他のエネルギプロファイルについて繰り返すことができる。或いは、投影画像はまた、特定位置にあるエネルギプロファイルの全てについて収集することができ、処理は、定められた位置全てについて繰り返すことができる。他の収集シーケンスも同様に可能である。しかしながら、デジタル検出器18としてエネルギ識別検出器を使用する実施形態において、各投影画像が所望のエネルギ情報を含むときには、各位置において通常1つの投影画像のみが収集される。検出器18により収集された投影データは、検出器収集回路34及び/又は処理回路36で前処理を受けることができる。加えて、処理回路36は、投影データを再構成して、表示用に1つ又はそれ以上の3次元画像を生成する。
The
例示的なトモシンセシスシステム10はまた、限定ではないが、心運動センサ又は呼吸運動センサなどの感知装置38を含む。感知装置38は、患者22に接続して、イメージング・ボリューム内の1つ又はそれ以上の器官の運動に関連する電気的活動、変位、加速、歪み、速度、圧力及び音などのイメージング・ボリューム内の内部又は外部運動に関連する動作を監視する。感知装置38で得られたデータはまた、処理回路36により収集して処理することができる。
The
処理回路36は、エネルギ特性に基づき投影画像を分解することができ、これにより異なるエネルギ特性が異なる材料タイプと関連付けられることになる。処理回路36は更に、投影画像を再構成して、3次元トモシンセシス画像を生成することができる。以下で述べるように、再構成及び分解のステップは、いずれかの順番で実行することができるが、一般的に双方のステップが実行されるときには、異なる材料又は組織タイプを表す合成3次元トモシンセシス画像が生成される。例えば、合成トモシンセシス画像は、軟組織トモシンセシス画像、骨格トモシンセシス画像、及び/又は造影剤画像を含むことができる。逆に、処理回路が、投影データを分解することなく収集された投影データを再構成する場合には、低エネルギ・トモシンセシス画像、中間エネルギトモシンセシス画像、及び高エネルギ・トモシンセシス画像などのエネルギトモシンセシス画像を生成することができる。これらのエネルギトモシンセシス画像は、イメージング・ボリューム内の患者22又は対象物によるそれぞれのエネルギプロファイルでのX線源弱を示している。医療関係において、様々なトモシンセシス画像は、より詳細な診断に用いることができる患者22の内部関心領域を明らかにする。処理回路36はまた、処理されたデータ及び処理されることになるデータを格納する記憶回路を含むことができる。記憶回路はまた、処理パラメータ及び/又はコンピュータ・プログラムを格納することができる。
The
処理回路36は、オペレータ・ワークステーション40に接続することができる。処理回路36により生成された画像は、表示装置42上などで表示するためにオペレータ・ワークステーション40に送信することができる。処理回路36は、オペレータ・ワークステーション40からの画像又は画像データ処理に関する命令又は処理パラメータを受信するように構成することができ、該オペレータ・ワークステーションは、キーボード、マウス、及び他のユーザ対話用装置(図示せず)などの入力装置を含むことができる。また、オペレータ・ワークステーション40をシステムコントローラ26に接続して、オペレータがX線源14及び/又は検出器18の動作に関する命令及びスキャン・パラメータをシステムコントローラ26に供給可能にすることができる。従って、オペレータは、オペレータ・ワークステーション40を介してシステム10の全て又は一部の動作を制御することができる。
The
オペレータ・ワークステーション40は通常、処理回路36により生成されたトモシンセシス画像をレンダリングすることができる表示装置42及び/又はプリンタ44に接続される。オペレータ・ワークステーション40内の表示装置及び/又はプリンタ回路は通常、トモシンセシス画像をレンダリング用にそれぞれの表示装置42又はプリンタ44へ供給する。更に、オペレータ・ワークステーション40はまた、医用画像保管管理システム(PACS)46に接続することができ、該システムは次いで、ネットワークを通じて内部ワークステーション48及び/又は外部ワークステーション50に接続することができ、これにより別の場所にいる人がトモシンセシス画像及び/又は画像データへアクセスすることができる。同様に、オペレータ・ワークステーション40は、処理回路36による処理及び/又は表示装置42又はプリンタ44上でのレンディションのため、PACS46を介してアクセス可能な画像又はデータにアクセスすることができる。
The
図1のシステムを踏まえて、図2は、本技法の態様による多重エネルギトモシンセシス画像の収集、再構成、及び表示の例示的な処理ステップを示す。表示さている例示的な方法は、関心のある各エネルギプロファイル(すなわちX線スペクトル)及び位置(すなわち照射点)についての多重エネルギ投影画像52を収集する段階を含む。例えば上述のように、投影画像は定められた位置全てにおける特定のエネルギプロファイルで収集することができ、残りのエネルギプロファイルについて処理を繰り返すことができる。或いは、投影画像はまた、特定の定められた位置でのエネルギプロファイルの全てについて収集することができ、残りの位置について処理を繰り返すことができる。
In the light of the system of FIG. 1, FIG. 2 illustrates exemplary processing steps for acquisition, reconstruction, and display of multi-energy tomosynthesis images according to aspects of the present technique. The exemplary method being displayed includes collecting multiple
上述のように、収集された多重エネルギ投影画像52を分解して、材料密度又は合成(第1及び第2の組織タイプで示されるような)に基づいて画像データを区別することができ、これはステップ54で示される。投影画像は、幾つかの方法を挙げると、対数サブトラクション、基材分解法を用いて分解することができる。分解処理54は、幾つかの分解された投影画像56を生成する。当業者には理解されるように、ステップ54での投影画像の分解は、収集された投影データのエネルギ特性に基づくことができ、これにより異なるエネルギ特性が異なる材料タイプと関連付けられるようになる。分解された投影画像56は次に、再構成されて、ステップ58に示されるように1つ又はそれ以上のそれぞれの材料タイプの3次元合成画像60を生成する。例えば、ステップ58での再構成は、幾つかのアルゴリズムを挙げると、フィルタ補正逆投影、代数的再構成法、シフト・アンド・アド(shift and add)、フーリエ再構成、目的関数ベース再構成などの再構成アルゴリズムを用いて実行することができる。1つの実施形態において、これらの3次元合成画像60は、軟組織トモシンセシス画像62、骨格トモシンセシス画像64、及び造影剤トモシンセシス画像66を含むことができる。更に、3次元エネルギ画像70はまた、ステップ68で、分解することなく多重エネルギ投影画像52を再構成することにより生成することができる。3次元エネルギ画像70は、高エネルギ・トモシンセシス画像72、中間エネルギトモシンセシス画像74、及び低エネルギ・トモシンセシス画像76を含むことができる。上記の3次元画像は、材料タイプの密度及び他の特性などの定量的データをも提供することができる。
As described above, the collected
上記の1つ又はそれ以上のトモシンセシス画像は、ステップ78で後処理を受けて、アーチファクトを最小にし、又は回避し、或いは画像を他の方法で修正又は増強することができる。次いで、3次元トモシンセシス画像は、ステップ80で、オペレータ・ワークステーション40により、それぞれの表示装置42又はプリンタ44上に表示又はレンダリングすることができる。
The one or more tomosynthesis images described above can be post-processed at
例えば、ステップ80において、表示回路は、画像の2つ又はそれ以上の間でオペレータが選択切り替えすることができることにより、3次元画像の1つ又はそれ以上を表示することができる。別の実施形態において、表示回路は、2つ又はそれ以上の3次元画像を1つ又はそれ以上の表示装置42上に同時或いは交互に表示するように構成される。別の実施形態において、表示回路はまた、軟組織トモシンセシス画像62などの第2の3次元画像上に重畳された造影剤トモシンセシス画像66などの第1の3次元画像の構造特徴部を表示するように構成される。更に別の実施形態において、表示回路は、1つ又はそれ以上の3次元画像の組み合わせを表示するように構成される。別の実施形態において、表示回路は、同期映像視覚化法を用いて3次元画像の2つ又はそれ以上を表示するように構成される。
For example, in
或いは、多重エネルギトモシンセシス画像を収集、再構成、及び表示する工程は、図3に示されるように、合成3次元画像70を生成する際に分解の前に再構成がくるように実行することができる。この実施形態において、多重エネルギ投影画像52は、ステップ84で再構成されて、多重エネルギ3次元画像70を生成する。図3に示されるように、後続の分解ステップ88がない場合、再構成された3次元エネルギ画像70は、図2に関して説明された画像すなわち高エネルギ・トモシンセシス画像72、中間エネルギトモシンセシス画像74、及び高エネルギ・トモシンセシス76に等しい。しかしながら、再構成された3次元エネルギ画像70がステップ88で分解されると、3次元合成画像60が生成される。上述のように、これらの3次元合成画像60は、軟組織トモシンセシス画像62、骨格トモシンセシス画像64、及び造影剤トモシンセシス画像66を含むことができる。次いで、これらのトモシンセシス画像は、ステップ78で後処理を受け、ステップ80で表示及び視覚化することができる。
Alternatively, the process of acquiring, reconstructing, and displaying a multi-energy tomosynthesis image may be performed such that reconstruction occurs prior to decomposition when generating a
1つの実施形態において、多重エネルギ投影画像は、X線源14の限定された数の位置又は照射点に対して収集され、単一エネルギ投影画像(すなわち第1の数の位置よりも少ないエネルギプロファイルで収集された画像)は、他の位置又は照射点に対して収集される。次いで、多重エネルギ投影画像は、図2及び図3の技法に従って処理して、限定数の多重エネルギ投影画像から派生した合成情報に依存する合成トモシンセシス画像60を生成することができる。次に、合成トモシンセシス画像60は、単一のエネルギ画像にわたって投影してサブトラクトし、軟組織などの他の構造体の画像を生成することができる。1つの実施例において、二重エネルギ画像がX線源の照射点の第1のサブセットに対して収集され、次で、これらの画像を用いて、3次元骨格トモシンセシス画像を再構成する。この3次元骨格トモシンセシス画像からの情報を用いて、他の収集された投影画像(X線照射点の第2のサブセットに対応する)における骨格の差の寄与は、例えば骨格トモシンセシス画像を再投影し、収集された投影画像から再投影画像をサブトラクトすることにより求めて除去することができる。結果として得られた画像(X線照射点の第2のサブセットに対応する)は、軟組織情報しか示さず、従って、X線照射点の第1のサブセットに対応する軟組織画像と組み合わせて用いて、高品質の軟組織トモシンセシス画像を再構成することができる。
In one embodiment, multiple energy projection images are acquired for a limited number of positions or illumination points of the
幾つかの実施形態において、心拍又は呼吸などの周期的又は反復的運動に対応する所望の期間又は位相に対して投影画像収集を制限することが望ましい場合がある。図4は、予測ゲーティングを用いてゲーティングされた多重エネルギトモシンセシス画像を収集するための1つの例示的な実施形態を示すフローチャートである。例示的な処理には、ステップ114に示されるように、第1のエネルギプロファイルを有するX線に基づく第1の投影画像、及びステップ118に示されるように第2のエネルギプロファイルを有するX線に基づく第2の投影画像を収集することを含む。更に、当業者には理解されるように、ステップ120に示されるような追加の投影画像収集を追加のX線エネルギプロファイルに対して行うことができる。
In some embodiments, it may be desirable to limit projection image acquisition to a desired period or phase that corresponds to periodic or repetitive movements such as heartbeat or respiration. FIG. 4 is a flowchart illustrating one exemplary embodiment for collecting multi-energy tomosynthesis images gated using predictive gating. An exemplary process includes a first projection image based on an X-ray having a first energy profile, as shown in
ステップ114、118及び120の投影画像収集は、1つ又はそれ以上のそれぞれのゲーティング間隔112に基づいている。ゲーティング間隔112は、最小の心運動又は呼吸運動の周期などの関心のある周期に基づいて決定することができ、1つの実施形態においては感知された運動データ116に基づいている。この実施形態において、感知された運動データ116は、画像収集工程中の撮像領域における患者又は器官運動を記録する、感知装置38などの他の装置から得られたデータを含む。別の実施形態において、ゲーティング間隔112は、投影画像の初期又は予備集合などの収集された投影データから導出することができ、これらから撮像領域内の器官の周期的又は反復的運動が求められる。
The projection image collection of
ステップ122において、全ての定められた位置又は所望の位置での投影画像収集の工程が完了したかどうかが判定される。全ての所望の位置で収集が行われていない場合には、ステップ124に示されるように、X線源は次の位置で移動又は起動され、投影画像はゲーティング間隔112に基づいて収集される。或いは、投影画像は、異なる順序又はシーケンスで収集してもよい。ステップ122で判定されるように、画像収集が完了すると、結果として得られたゲーティングされた多重エネルギ投影画像126は、前出の検討に従って処理して、1つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。
In
別の実施形態において、図5に示されるように、レトロスペクティブ(遡及的)ゲーティングを使用して、ゲーティングされた多重エネルギ投影画像のセットを生成することができる。例えば、この実施形態において、患者の周りで180度より小さく回転するボリューム・イメージング・システムを用いて収集することができるような、多重エネルギ投影画像の拡張セット128は、所望の位相又は複数の位相に対応する投影画像のみが処理されるように遡及的にゲーティングすることができる。例えば、ステップ134に示されるように、運動の1つ又はそれ以上の所望の位相に対応するこれらの多重エネルギ投影画像は、1つ又はそれ以上のゲーティング間隔130に基づいて多重エネルギ投影画像の拡張セット128から選択することができる。ゲーティング間隔130は、上述のように感知された運動データ116から、又は多重エネルギ投影画像の拡張セット128の投影画像から得られた運動データから導き出すことができる。これにより選択され且つゲーティングされた多重エネルギ投影画像136を、前出の検討に従って処理して、1つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。1つの実施形態において、ゲーティングされた多重エネルギ投影画像のセット136を用いて、時間的情報を含む観察のための4次元データ・セットを生成することができる。詳細には、この実施形態において、多重エネルギ投影画像128の拡張セット及び関心のある多重位相の選択は、ゲーティング間隔130で反映されるように、ステップ134で1つより多い関心位相で投影画像の選択を可能にすることができる。
In another embodiment, as shown in FIG. 5, retrospective gating can be used to generate a set of gated multi-energy projection images. For example, in this embodiment, the
前出の検討では、ゲーティング法によるタイミングに起因する画像の差の最小化に取り組んでいるが、周期的又は反復的な動作に起因しない運動により、空間的差異もまた収集された投影画像内に存在する可能性がある。これらの空間的差異は、画像位置合わせにより異なる時点で取り扱うことができる。当業者には理解されるように、画像の位置合わせは、これにより異なる時点で異なる診断装置により、或いは異なる位置すなわちビューから生成される画像が、画像内に示される1つ又はそれ以上の特徴部が整列するように一致される技法である。位置合わせは、画像内に意図的に配置されたマーカ又は標識に基づいて、或いは未処理又は処理済み画像データ内の識別可能な構造体又は特徴部に基づいて行うことができる。位置合わせのための他の技法を用いてもよい。 In the previous study, efforts were made to minimize differences in images due to timing by the gating method, but spatial differences were also included in the collected projected images due to movements not due to periodic or repetitive motions. May exist. These spatial differences can be handled at different times by image registration. As will be appreciated by those skilled in the art, image registration is thereby performed by different diagnostic devices at different times, or one or more features in which images generated from different positions or views are shown in the image. It is a technique in which parts are matched to align. Registration can be based on markers or markers intentionally placed in the image, or based on identifiable structures or features in the raw or processed image data. Other techniques for alignment may be used.
1つの実施形態において、位置合わせを用いて、異なるエネルギ・レベルで同じ位置又はわずかにオフセットした位置で収集された投影画像の1ペア(又はそれ以上)内に存在する構造体を整列させることができる。例えば、図6を参照すると、この実施形態による例示的な工程が、多重エネルギ投影画像を位置合わせするために示される。例示的な工程は、ステップ138に示されるように第1のエネルギプロファイルを有するX線に基づいて第1の投影画像を収集し、及びステップ140に示されるように同じ位置又はわずかにオフセットした位置で第2のエネルギプロファイルを有するX線に基づいて第2の投影画像を収集する段階を含む。更に、当業者には理解されるように、追加の投影画像収集を、ステップ142に示されるように、同じ位置又はわずかにオフセットされた位置で追加のX線エネルギプロファイルに対して行うことができる。決定ブロック144で収集工程が完了してないと判定された場合には、X線源は、ステップ146に示されるように次の位置で起動される。しかしながら、決定ブロック144で収集が完了したと判定された場合には、空間位置合わせは収集された投影画像に進むことができる。
In one embodiment, alignment is used to align structures that exist within a pair (or more) of projection images collected at the same or slightly offset positions at different energy levels. it can. For example, referring to FIG. 6, an exemplary process according to this embodiment is shown for aligning multi-energy projection images. The exemplary process collects a first projection image based on x-rays having a first energy profile as shown in
位置合わせに用いられることになるマーカは、ステップ148で位置合わせされるべき画像において識別される。識別されたマーカに基づいて、画像は、ステップ150で位置合わせ又は整列され、位置合わせされた投影画像152を生成し、再構成及び/又は再構成と分解などにより処理されて、1つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。
The markers that will be used for alignment are identified in the image to be aligned in
投影画像の位置合わせに加えて、他の位置合わせ法も使用してもよい。例えば、1つの実施形態において、2次元多重エネルギ画像は、表示又は視覚化の前に位置合わせすることができる。例えば、図7を参照すると、本技法の実施形態による多重エネルギ画像を位置合わせする1つの技法が説明されている。詳細には、図示される工程は、2次元多重エネルギ画像を位置合わせる際に有用とすることができ、その後、該画像を結合して3次元又は画像ボリュームを生成することができる。例示的な工程は、ステップ156で、2次元画像内での位置合わせマーカを識別する段階を含む。画像は、ステップ158で識別されたマーカに基づいて位置合わせされ、位置合わせされた2次元画像160を生成する。位置合わせされた2次元画像160は、ステップ162で分解され、位置合わせされた2次元合成画像及び/又はエネルギ画像164を生成する。次いで、これらの位置合わせされた2次元画像が関連付けられ又は組み合わされて、ステップ168で画像ボリューム166を生成する。
In addition to the alignment of the projected image, other alignment methods may be used. For example, in one embodiment, the two-dimensional multi-energy image can be registered prior to display or visualization. For example, referring to FIG. 7, one technique for registering multi-energy images according to an embodiment of the present technique is described. In particular, the illustrated process can be useful in aligning two-dimensional multi-energy images, which can then be combined to generate a three-dimensional or image volume. An exemplary process includes identifying an alignment marker in the two-dimensional image at
或いは、別の実施形態において、位置合わせ工程は、画像ボリュームすなわち2次元空間ではなく3次元空間で行うことができる。例えば、図8を参照すると、本技法の1つの実施形態によるボリュームの位置合わせのための例示的な工程が示されている。この実施形態において、多重エネルギ投影画像154が、ステップ170で分解有無のいずれにおいても処理されて、2次元合成及び/又はエネルギ画像172を生成する。次に、処理された2次元画像172を用いて、ステップ176で画像ボリューム174を生成する。1つの実施例において、別個の画像ボリューム174が、各処理済み2次元画像に対して生成される。位置合わせマーカがステップ178で画像ボリューム174内に識別される。次いで、画像ボリューム174は、ステップ180で識別されたマーカに基づき位置合わせされて、位置合わせされた画像ボリューム182を生成し、これが全3次元空間内に整列される。次に、位置合わせされた画像ボリューム182は、ステップ184で適切な方法で組み合わされて再構成された画像ボリューム186を生成する。1つの実施形態において、ステップ184での組み合わせは、追加の分解を実行すべきではないなどの場合、単純平均により行われる。別の実施形態において、ステップ184の組み合わせは、単純又は重み付け平均或いは他の組み合わせ法による結合に加えて、追加の分解段階を含む。
Alternatively, in another embodiment, the registration process can be performed in a three-dimensional space rather than an image volume, ie, a two-dimensional space. For example, referring to FIG. 8, an exemplary process for volume alignment according to one embodiment of the present technique is shown. In this embodiment, the multiple
2次元及び3次元位置合わせ法の組み合わせを用いることもできる。1つの実施形態において、同じX線照射位置に対応する全画像は2次元位置合わせ法を用いて位置合わせされ、異なる照射位置に対応するデータは3次元で位置合わせされる。 A combination of two-dimensional and three-dimensional registration methods can also be used. In one embodiment, all images corresponding to the same X-ray irradiation position are aligned using a two-dimensional alignment method, and data corresponding to different irradiation positions are aligned in three dimensions.
前出の検討事項は、全般的に、時間的又は空間的収集の差に起因する変動を低減するための多重エネルギ投影画像の処理に関するものである。加えて、本技法の1つの実施形態において、1つ又はそれ以上の自動化ルーチン及び/又はアルゴリズムを、収集された投影データ、再構成されたエネルギトモシンセシス画像、又は再構成され分解された合成トモシンセシス画像に適用することができる。例えば、ここで図9を参照すると、1つ又はそれ以上のコンピュータ支援検出及び/又は診断(CAD)を、ステップ192で多重エネルギ投影画像52に適用して、CAD結果のセット194を生成することができる。当業者には理解されるように、CAD結果194は、データ又は画像において観測される構造又は異常性を検出又は診断する際に診断医を支援するのに用いられることができる診断データを提供することができる。例えば、CAD結果194は、1つ又はそれ以上の識別された病変、石灰化、又は他の組織的異常性の識別、識別された組織に関連する診断の統計的可能性、1つ又はそれ以上の重症度基準に基づく識別された組織のランク付け、或いは診断医を支援するよう設計された他の検出及び/又は診断を含むことができる。
The above considerations generally relate to the processing of multiple energy projection images to reduce variations due to differences in temporal or spatial acquisition. In addition, in one embodiment of the present technique, one or more automated routines and / or algorithms may be used to collect acquired projection data, reconstructed energy tomosynthesis images, or reconstructed and decomposed synthetic tomosynthesis images. Can be applied to. For example, referring now to FIG. 9, one or more computer-aided detection and / or diagnosis (CAD) is applied to the
同様に、別の実施形態において、ステップ188で多重エネルギ投影画像52から再構成され、又は再構成及び分解されたエネルギ及び/又は合成トモシンセシス画像のセット190に対して、ステップ192でCADアルゴリズムを適用することができる。かかる実施形態において、結果として得られたCAD結果194はまた、上述のような診断医に有用な検出及び/又は診断情報をもたらす。双方の例示的な実施形態において、CAD結果194は、3次元画像190と連動してステップ196で表示することができ(図1に関して検討したように)、CAD結果194を画像上に重畳すること、或いはCAD結果194から得られた視覚マーカ、カラーコーディング、又はテキスト・データを表示することなどによって該3次元画像に対して関連付ける。更に、別の実施形態において、CAD結果194を用いて、自動的又はオペレータ対話により、ステップ198に示されるようにCAD結果194により識別された1つ又はそれ以上の関心領域の追加的なターゲット画像収集を実行することができる。次に、かかるターゲット収集により生成された特定の多重エネルギ投影画像200を再構成し、又は再構成と分解を行い、追加検査を保証するものとしてCAD結果で識別された領域のターゲットエネルギ及び/又は合成ビューを生成する。
Similarly, in another embodiment, the CAD algorithm is applied at
本明細書では本発明の特定の特徴だけを例示し説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更を行うことであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神内に含まれるこうした修正及び変更の全てを網羅することを意図するものである点を理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。 Although only specific features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. Accordingly, it is to be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and changes as fall within the true spirit of the invention. Further, the reference numerals in the claims corresponding to the reference numerals in the drawings are merely used for easier understanding of the present invention, and are not intended to narrow the scope of the present invention. Absent. The matters described in the claims of the present application are incorporated into the specification and become a part of the description items of the specification.
12 位置決め装置
14 X線源
16 X線フィルタ
22 患者
20 散乱線除去グリッド
18 検出器
32 モータコントローラ
34 検出器収集回路
30 X線コントローラ
28 エネルギプロファイル切替回路
36 処理回路
38 感知装置
40 オペレータ・ワークステーション
42 表示装置
44 プリンタ
50 外部ワークステーション
48 内部ワークステーション
DESCRIPTION OF
Claims (10)
イメージング・ボリュームに対して制限角度範囲内の複数の位置でX線(24)を照射するように構成されたX線源(14)と、
検出器素子のアレイを含み、前記照射されたX線に応答して複数の画像を生成するように構成されたデジタル検出器(18)と、
前記デジタル検出器(18)から複数の画像を収集するように構成された検出器収集回路(34)と、
エネルギ特性に基づき複数の画像を分解し、該複数の画像を再構成して3次元多重エネルギトモシンセシス画像を生成するように構成された処理回路(36)と、
を備えるシステム。 A multiple energy tomosynthesis imaging system (10) comprising:
An X-ray source (14) configured to irradiate X-rays (24) at a plurality of positions within a limited angle range with respect to the imaging volume;
A digital detector (18) comprising an array of detector elements and configured to generate a plurality of images in response to the irradiated x-rays;
A detector acquisition circuit (34) configured to acquire a plurality of images from the digital detector (18);
A processing circuit (36) configured to decompose a plurality of images based on energy characteristics and reconstruct the plurality of images to generate a three-dimensional multi-energy tomosynthesis image;
A system comprising:
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